드랍(액체)

표면 장력은 물방울이 소수성 나이프에 의해 잘리는 것을 방지합니다.

빗물이 캐노피에서 흘러내립니다.낙하 형성을 지배하는 힘 중 하나: 표면 장력, 응집력, 반데르발스 힘, 플래토-레일리 불안정.

액적( droplet)은 자유 표면에 의해 완전히 또는 거의 완전히 경계를 이루는 액체의 작은 기둥입니다.액체가 튜브의 하단 또는 다른 표면 경계에 축적될 때 방울이 형성되어 펜던트 방울이라고 불리는 매달린 방울이 생성될 수 있습니다.방울은 증기의 응축이나 더 큰 고체 덩어리의 원자화에 의해서도 형성될 수 있습니다.수증기는 온도에 따라 물방울로 응결됩니다.물방울이 만들어지는 온도는 이슬점이라고 불립니다.

표면장력

액체는 표면장력을 나타내기 때문에 떨어집니다.^[1]

방울을 형성하는 간단한 방법은 작은 직경의 수직 튜브의 하단에서 액체가 천천히 흐르도록 하는 것입니다.액체의 표면장력은 액체가 튜브에 매달려 펜던트를 형성하게 합니다.드롭이 특정 크기를 초과하면 더 이상 안정적이지 않고 스스로 분리됩니다.낙하하는 액체는 표면 장력에 의해 함께 유지되는 방울이기도 합니다.

점도 및 피치 강하 실험

고체인 것처럼 보이는 일부 물질은 방울을 형성하고 방울의 행동을 나타내기 때문에 대신 매우 점성이 있는 액체로 보일 수 있습니다.유명한 피치 드롭 실험에서, 고체 비트멘과 비슷한 물질인 피치는 이러한 방식으로 액체인 것으로 나타났습니다.깔때기에 피치를 넣어 천천히 물방울을 형성하고, 각각의 물방울이 형성되고 끊어지는 데 약 10년이 걸립니다.

펜던트 낙하 테스트

펜던트 낙하 테스트에서는 액체 방울이 튜브 끝이나 표면 장력에 의해 매달립니다.표면장력에 의한 힘은 액체와 튜브 사이의 경계의 길이에 비례하며, 비례 상수는 보통 γ ${\displaystyle$ \gamma $}$ 로 표시됩니다 $\gamma$ 이 경계의 길이는 튜브의 둘레이므로, 표면장력에 의한 힘은 다음과 같이 주어집니다.

\,F_{\gamma}=\pid\gamma

여기서 d는 튜브 직경입니다.

튜브 끝에 매달린 낙하물의 질량 m은 중력에 의한 힘( $F_{g}=mg$ $F_{g}=mg$ = $F_{g}=mg$ ${\displaystyle F_{g$ }= $mg$ 과 수직방향의 표면장력 $F_{\gamma }\sin \alpha$ ( $F_{\gamma }\sin \alpha$ ⁡ $F_{\gamma }\sin \alpha$ γ $F_{\gamma }\sin \alpha$ α {\ $displaystyle$ F_{\ $gamma}\sin$ \alpha $F_{\gamma }\sin \alpha$ 을 동일하게 하여 구할 수 있습니다.

\,mg=\pid\gamma \sin \alpha

여기서 α는 튜브의 전면과 접촉하는 각도이고, g는 중력에 의한 가속도입니다.

이 공식의 한계는 α가 90°로 갈수록 표면 장력이 주어진 액체, γ $\gamma$ 에 대한 펜던트 강하의 최대 무게를 제공합니다 $\gamma$

\,mg=\pid\gamma

이 관계는 석유 산업에서 일반적으로 사용되는 편리한 표면 장력 측정 방법의 기초입니다.물방울이 커짐에 따라 펜던트의 모양이 발달하는 것을 고려하여 보다 정교한 방법을 사용할 수 있습니다.이러한 방법은 표면 장력을 알 수 없는 경우에 사용됩니다.^[3]^[4]

고체에 접착제를 떨어트립니다.

고체에 대한 낙하 접착력은 측면 접착력과 정상 접착력으로 구분할 수 있습니다.측면 접착력은 마찰력과 유사하며(비록 마찰적으로 측면 접착력이 더 정확한 용어이지만) 표면에서 낙하물을 미끄러뜨리는 데 필요한 힘, 즉 낙하물을 표면의 위치에서 떼어내어 표면의 다른 위치로 이동시키는 힘을 말합니다.정상 접착력은 표면에서 낙하물을 정상 방향으로 분리하는 데 필요한 접착력, 즉 낙하물이 표면에서 날아가게 하는 힘입니다.두 접착 형태의 측정은 CAB(Central Adhesion Balance)를 사용하여 수행할 수 있습니다.CAB는 원심력과 중력을 조합하여 횡방향 힘과 정상력의 비율을 구합니다.예를 들어, 낙하물이 수직 방향으로 표면으로부터 멀리 날아가기 위해 수평력이 0인 상태에서 수직력을 가하거나 수직력이 0인 상태에서 수평력을 유도할 수 있습니다(무중력 시뮬레이션).

액적

액적이라는 용어는 '방울'의 작은 형태이며, 일반적으로 직경 500μm 미만의 액체 입자에 사용됩니다.스프레이 적용 시, 액적은 일반적으로 인식된 크기(즉, 직경)로 설명되는 반면 용량(또는 생물농약의 경우 감염성 입자의 수)은 부피의 함수입니다.이는 직경에 비해 입방 함수만큼 증가합니다. 따라서 50 μm 액적은 65 pl의 선량을 나타내고 500 μm 액적은 65 나노미터의 선량을 나타냅니다.

스피드

지름이 3mm인 액적은 단자 속도가 약 8m/s입니다.^[5]지름 1mm보다 작은 낙하는 2m 이내에 종단 속도의 95%에 도달합니다.그러나 이 크기 이상에서는 종단 속도에 도달할 수 있는 거리가 급격히 증가합니다.예를 들어 5.6m에서 이를 달성할 수 있는 직경 2mm의 낙하물이 있습니다.^[5]

광학

물과 공기의 굴절률이 다르기 때문에 빗방울 표면에 굴절과 반사가 일어나 무지개가 형성됩니다.

소리

물방울이 물에 떨어짐

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액체 표면에 물방울이 닿을 때 주요 음원은 물 속에 갇힌 들뜬 기포의 공명입니다.이러한 진동 기포는 실제로 많은 액적 충돌로 구성되어 있기 때문에 흐르는 물이나 물보라와 같은 대부분의 액적인 소리의 원인이 됩니다.^[6]^[7]

"드립탭" 소음방지

액체의 표면장력을 감소시키면 액체 속으로 낙하하는 물방울로 인한 소음을 줄이거나 방지할 수 있습니다.^[8]이것은 비누, 세제 또는 물과 비슷한 물질을 첨가하는 것을 포함합니다.표면 장력이 감소하면 낙하 소음이 줄어듭니다.

모양.

방울과 관련된 전형적인 모양(윗면에 뾰족한 끝이 있음)은 물방울이 표면에 달라붙는 것을 관찰한 것에서 비롯됩니다.기체를 통해 낙하하는 낙하물의 모양은 실제로 지름이 2mm 미만인 낙하물의 경우 어느 정도 구형입니다.^[9]낙하량이 클수록 기체가 통과하는 압력으로 인해 바닥 부분이 평평해지는 경향이 있습니다.^[10]결과적으로, 방울이 커지면 오목한 우울증이 형성되어 결국 방울이 끊어지게 됩니다.

모세관길이

모세관 길이는 중력, 밀도 및 표면 장력을 연관시키는 길이 스케일링 인자이며, 특정 유체에 대한 액적이 취할 형상에 직접적인 책임이 있습니다.모세관 길이는 액적의 반경을 사용하는 라플라스 압력에서 비롯됩니다.

모세관 길이를 사용하여 마이크로 드롭과 매크로 드롭을 정의할 수 있습니다.마이크로 드롭은 모세관 길이보다 작은 반경을 가진 액적으로, 액적의 모양은 표면 장력에 의해 조절되며 다소 구형의 캡 모양을 형성합니다.만약 비말의 반경이 모세관 길이보다 크다면, 그것들은 매크로드롭이라고 알려져 있고 중력이 지배할 것입니다.매크로 드롭은 중력에 의해 '평탄화'되고 드롭의 높이가 줄어듭니다.^[11]

크기

일반적으로 빗방울 크기는 0.5mm에서 4mm까지 다양하며, 직경이 2-2.5mm보다 큰 경우에는 크기 분포가 빠르게 줄어듭니다.^[12]

과학자들은 전통적으로 빗방울의 크기의 변화는 땅으로 내려오는 길에 일어난 충돌 때문이라고 생각했습니다.2009년, 프랑스 연구원들은 크기의 분포가 물방울과 공기의 상호작용 때문이라는 것을 보여주는데 성공했는데, 공기는 물방울을 더 큰 물방울로 변형시켜 작은 물방울로 조각나게 하고, 가장 큰 빗방울은 지름이 6mm 정도로 효과적으로 제한합니다.^[13]그러나 최대 10mm(반지름 4.5mm의 구에 해당하는 부피)의 낙하는 이론적으로 안정적이며 풍동에서 공중부양될 수 있습니다.^[9]기록된 가장 큰 빗방울은 지름이 8.8mm로 1999년 7월 콰잘레인 환초 부근의 적란운 아래에 위치했습니다.1995년 9월 브라질 북부에서 동일한 크기의 빗방울이 감지되었습니다.^[14]

의약품의 표준 액적 크기

의학에서, 이 성질은 1 밀리리터가 20 방울에 해당하는 방식으로 표준화된 직경을 가진 적하제 및 링거 주입 세트를 만드는 데 사용됩니다.더 적은 양이 필요한 경우(소아과 등), 마이크로드롭 또는 소아과 주입 세트가 사용되며, 이 세트는 1밀리리터 = 60마이크로드롭입니다.

갤러리

우유 받침 접시에 파란색 염료가 떨어짐
물방울의 영향
낙하 충격으로부터 백젯(backjet)
빗방울이 충격을 받아 낙하하는 경우
금속면에 부딪히는 물방울과 물방울이 튀어 크라운이 형성
젖은 금속 표면에 닿아 물 덩어리가 되어 물 표면을 스치는 물방울이 더 많이 뿜어져 나오는 것
잎에 물 한 방울, 소수성 효과, 부분습윤
충격 후 3중 백젯
양치식물에 빗방울이 떨어지는 사진
탈착드랍
샤워기 헤드에서 물방울이 생성됨
국화과에 물 한 방울.
$Droplets of water refracting a small flower$

작은 꽃을 굴절시키는 물방울
나뭇잎에 빗방울.
유리에 물방울
매우 짧은 노출에서 본 분수 물방울
장미꽃잎에 비말

참고 항목

참고문헌

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외부 링크

액체 조각 – 방울 사진
액체 예술 – 순수 예술 물방울 사진 갤러리 (2008년 3월 19일 보관)
(매우 다양) 낙수 수도꼭지에서 발생하는 물쓰레기 계산: [1 ], [2] (Wayback Machine에서 2009-08-13 기록)

[1] Luck, Steve (1998). The American Desk Encyclopedia. Oxford University Press, USA. p. 196. ISBN 978-0-19-521465-9.

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